JP4119501B2

JP4119501B2 - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP4119501B2
Application number: JP18485197A
Authority: JP
Inventors: 毅筒井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: DE19830838B4; KR19990013507A; TW437110B; DE19830838A1; KR100615122B1; JPH1131842A; US6060730A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体層が積層される半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、ｎ側電極とｎ形層とのオーミックコンタクトを良好にして順方向電圧を下げ得る半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば青色系の半導体発光素子は、図４にその発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップという）の一例の概略図が示されるように、サファイアからなる絶縁性の基板２１上に、たとえばｎ形のＧａＮがエピタキシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系（ＩｎとＧａの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体からなる活性層２４と、ｐ形のＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とが積層されている。そして、その表面に図示しない拡散メタル層などを介してｐ形層２５に電気的に接続するようにｐ側電極２８が設けられている。そして、積層された半導体層の一部がエッチングされて露出するｎ形層２３と電気的に接続するようにｎ側電極２９が設けられることにより、ＬＥＤチップが形成されている。
【０００３】
この種の半導体発光素子は、活性層２４を挟持するｎ形層２３およびｐ形層２５は、活性層２４へのキャリアの閉込め効果などの点から、そのキャリア濃度が最適になるように設定されており、たとえばｎ形層２３のキャリア濃度は１０¹⁸ｃｍ^-3オーダの一定のキャリア濃度でｎ形層２３が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、そのｎ形層のキャリア濃度は発光特性に最適なキャリア濃度に設定されて、ｎ形層の下から上まで一様なキャリア濃度に形成されている。そしてエッチングにより露出するｎ形層の一部に接続するようにｎ側電極が設けられている。しかし、ｎ側電極が設けられるｎ形層のキャリア濃度は、電極とのオーミックコンタクトを得るためには大きいほど好ましく、１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度以上が好ましい。そのため、前述のように発光特性から制限されたキャリア濃度の半導体層に電極を形成すると、充分なオーミックコンタクトを得ることができず、順方向電圧の上昇の一因になっている。
【０００５】
従来のたとえばＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体などからなる半導体発光素子においては、半導体基板上に発光層を形成すべく半導体積層部が設けられるため、ｎ形層がキャリア濃度の大きい半導体基板と接続されて半導体基板に電極が設けられるため、発光特性に最適なキャリア濃度に合わせてｎ形層が形成されても何等の問題がないが、チッ化ガリウム系化合物半導体はサファイア基板上に積層されるため、そのｎ形層に直接電極が設けられ、前述のようにオーミック接触が充分に得られないという問題がある。しかも、良好なオーミックコンタクトを得にくい中で少しでもオーミックコンタクトを良好にするため、電極材料も限定されて、その選択余地が少ないという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、絶縁基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体が積層される半導体発光素子においても、発光層に接する部分では発光特性に最適なキャリア濃度を維持しながら、ｎ形層とｎ側電極とのオーミックコンタクト特性を向上させて順方向電圧を低下させ、発光効率を向上させると共に、電極材料の選択余地を拡大することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光素子は、基板と、該基板上に発光層を形成すべくｎ形層およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部のｎ形層およびｐ形層にそれぞれ電気的に接続して設けられるｎ側電極およびｐ側電極とを有し、前記基板は、前記半導体積層部表面側の全面に設けられる前記ｐ側電極表面に貼り付けられたＡｌ板からなり、前記半導体積層部はサファイア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層して形成された後に前記サファイア基板が除去されたものであり、前記ｎ形層は、前記サファイア基板を全面的に除去して露出する部分のキャリア濃度が１×１０ ¹⁹ 〜５×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 で、前記発光層に接する部分のキャリア濃度１×１０ ¹⁸ 〜３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3より大きくなるように形成され、該露出するキャリア濃度の大きいｎ形層の一部に前記ｎ側電極が設けられている。この構造にすることにより、発光特性に影響を及ぼすことなくｎ形層とｎ側電極とのオーミックコンタクトを良好にとることができ、順方向電圧を下げることができる。
【０００８】
ここにチッ化ガリウム系化合物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からなる半導体をいう。また、発光層とは活性層をｎ形層とｐ形層とで挟持するダブルへテロ接合構造にあっては活性層を、ｐｎ接合構造ではｐｎ接合近傍の発光部を意味する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光素子について説明をする。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、たとえば図１に示されるように、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）などからなる絶縁性の基板１の表面に発光層を形成する半導体積層部１０が形成されて、その表面側のｐ形層５に、図示しない拡散メタル層を介してｐ側電極８が電気的に接続されている。また、半導体積層部１０の一部が除去されて露出するｎ形層３に電気的に接続されるようにｎ側電極９が形成されている。本発明では、たとえば図１に示されるように、ｎ形層３が、発光特性に適したキャリア濃度で活性層４に接するｎ形第１層３ａと、オーミックコンタクトに適するキャリア濃度の大きいｎ⁺形第２層３ｂと、キャリア濃度が任意のｎ形第３層３ｃとからなっており、活性層４（発光層）に接するｎ形第１層３ａのキャリア濃度よりキャリア濃度が大きいｎ⁺形第２層３ｂにｎ側電極９が設けられていることに特徴がある。
【００１２】
このようなｎ形層３を形成するには、ｎ形層３をエピタキシャル成長する際に、導入するドーパントの量を調整することにより得られる。すなわち、たとえばＭＯＣＶＤ法により半導体層を積層する場合、所望の半導体層にするための反応ガスと共に導入するドーパントガスのたとえばＳｉＨ₄の流量を多くすればキャリア濃度を大きくすることができ、ＳｉＨ₄の流量を少なくすることによりキャリア濃度を小さくすることができる。そのため、バッファ層２上にたとえばキャリア濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度になるようにｎ形第３層３ｃを１〜２μｍ程度エピタキシャル成長した後に、ドーパントガスＳｉＨ₄の流量を多くしてさらに成長を続け、キャリア濃度が１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3程度のｎ⁺形第２層３ｂを２〜３μｍ程度成長し、さらにドーパントガスＳｉＨ₄の流量を減らして成長を続け、キャリア濃度が１×１０¹⁸〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のｎ形第１層３ａを１〜２μｍ程度成長することにより得られる。
【００１３】
なお、ｎ形第１層３ａの厚さは、キャリアの閉込め作用をする程度に設けられればよく、少なくとも０.５μｍ程度あればよい。また、ｎ⁺形第２層３ｂは、エッチングにより露出させた表面にオーミックコンタクトが得られるように電極を設ける必要があるため、２μｍ程度以上設けられることが好ましい。ｎ形第３層３ｃのキャリア濃度は大きくても小さくてもよく、ドーパントがドープされていなくてもよい。したがって、このｎ形第３層はなくてｎ形第１層３ａと、ｎ⁺形第２層３ｂとからのみなっていても、ｎ形第１層３ａが活性層４に接しており、ｎ⁺形第２層３ｂにｎ側電極９が設けられる構造になっておればよい。
【００１４】
半導体積層部１０は、たとえばＧａＮからなる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μｍ程度、クラッド層となるｎ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体からなり、少なくともｎ形第１層３ａおよびｎ⁺形第２層３ｂを有する前述の構造のｎ形層３、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばＩｎＧａＮ系化合物半導体からなる活性層４が０.０５〜０.３μｍ程度、およびｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層および／またはＧａＮ層からなるｐ形層（クラッド層）５が０.２〜１μｍ程度、基板１上にそれぞれ順次積層されることにより構成されている。なお、ＡｌＧａＮ系化合物半導体は、キャリアの閉込め効果を向上させるため、ｎ形およびｐ形のクラッド層の活性層４側に設けられる場合がある。したがって、ｎ形第１層３ａをＡｌＧａＮ系化合物半導体層で、ｎ⁺形第２層をＧａＮ層で形成することもできる。
【００１５】
半導体積層部１０のｐ形層５に図示しない拡散メタル層を介して電気的に接続されるように、たとえばＴｉとＡｕの積層構造からなるｐ側電極８が設けられ、半導体積層部１０の一部がエッチングにより除去されて露出するｎ⁺形第２層３ｂに、たとえばＴｉとＡｌの合金層からなるｎ側電極９が設けられ、ウェハからチップ化されて本発明のＬＥＤチップが形成されている。
【００１６】
この半導体発光素子を製造するには、たとえば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、キャリアガスのＨ₂と共にトリメチリガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（以下、ＮＨ₃という）などの反応ガスおよびｎ形のドーパントガスとしてのＳｉＨ₄などを供給して、まず、たとえばサファイアからなる絶縁基板１上に、たとえば４００〜６００℃程度の低温で、ＧａＮ層からなる低温バッファ層２を０.０１〜０.２μｍ程度、ドーパントガスＳｉＨ₄の流量を全体のガス量に対して０〜１×１０^-4ｖｏｌ％程度にして同じ組成でキャリア濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度のｎ形第３層３ｃを２μｍ程度成長し、ついでＳｉＨ₄の流量を１×１０^-2ｖｏｌ％程度にしてキャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度のｎ⁺形第２層３ｂを３μｍ程度、さらにＳｉＨ₄の流量を１×１０^-3ｖｏｌ％程度にしてキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のｎ形第１層３ａを２μｍ程度それぞれ成長する。さらに反応ガスとしてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を追加し、ＩｎＧａＮ系化合物半導体からなる活性層４を０.０５〜０.３μｍ程度成膜する。
【００１７】
ついで、反応ガスのＴＭＩｎをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）に変更し、ドーパントガスとしてたとえばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎを導入して、キャリア濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層およびＴＭＡを止めてｐ形のＧａＮ層をそれぞれ０.１〜０.５μｍ程度づつ積層し、ｐ形層５を形成する。
【００１８】
その後、たとえばＮｉおよびＡｕを蒸着してシンターすることにより拡散メタル層を２〜１００ｎｍ程度形成する。ついで、ｎ側電極９を形成するためｎ⁺形第２層３ｂが露出するように、積層された半導体積層部１０の一部を塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによりエッチングをする。そして、真空蒸着などにより金属膜を設け、シンターすることによりｐ側電極８およびｎ側電極９を形成し、チップ化する。その結果、図１に示される半導体発光素子が得られる。
【００１９】
本発明の半導体発光素子によれば、発光層（図１の例では活性層４）側のｎ形層はそのキャリア閉込めに最適なキャリア濃度のｎ形第１層で形成されながら、ｎ側電極が設けられる部分はキャリア濃度が大きいｎ⁺形第２層により形成されているため、優れた発光特性を有しながら良好なオーミックコンタクトで電極を設けることができる。なお、ｐ側電極は拡散メタル層を介して設けられるため、オーミックコンタクトのためのｐ形層のキャリア濃度は余り問題にならない。その結果、接触抵抗が下がり、順方向電圧Ｖ_fの低い半導体発光素子が得られ、発光効率が向上すると共に、電源電圧を低くすることができる。
【００２０】
前述の例では、ｎ側電極９としてＴｉとＡｌとの合金層を用いたが、ｎ側電極９が設けられるｎ形層３の部分のキャリア濃度が大きく、オーミックコンタクト特性が向上するため、他のＴｉ-Ａｕ、Ｎｉ-Ａｕ、Ｔｉ-Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることもできる。
【００２１】
図２は図１の変形例を示す半導体発光素子のチップの断面形状を示す図である。すなわち、この例はｎ側電極９を半導体積層部１０の一部をエッチング除去してｎ形層３を露出させるのではなく、基板１の一部をエッチングにより除去してｎ⁺形第２層３ｂを露出させ、基板１側にｎ側電極９が設けられている。この場合、ｎ形第３層はない方が好ましいが、キャリア濃度が小さいｎ形第３層が設けられている場合は、基板１のエッチングの際にｎ形第３層までエッチングをしてｎ⁺形第２層３ｂが露出するようにコンタクト孔１ａを設ければよい。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
図３はさらに他の変形例を示す図で、この例はｐ側電極８側にＡｌなどからなる金属板１１が設けられて新たな基板とされると共に、半導体層を積層する際のサファイア基板は研磨などにより除去され、その除去により露出したｎ⁺形第２層３ｂにｎ側電極９が設けられているものである。このような構造の半導体発光素子においても、ｎ形層３が活性層４側にキャリア濃度が発光特性に合わせて形成されたｎ形第１層３ａと、ｎ側電極９が設けられる側にキャリア濃度が大きいｎ⁺形第２層３ｂが設けられることにより、前述と同様の効果が得られる。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
以上の各例では、ｎ形層３とｐ形層５とで活性層４が挟持され、活性層４を発光層としたダブルヘテロ接合構造であるが、ｎ形層とｐ形層とが直接接合するｐｎ接合構造の半導体発光素子でも同様である。この場合、ｐｎ接合部に発光層が形成され、ｐｎ接合部分側に発光特性に合わせたキャリア濃度のｎ形第１層で形成され、電極が形成される部分がｎ⁺形第２層になるようにｎ形層が形成される。また、前述の各例において積層される半導体層の材料も一例であって、その材料には限定されない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、発光特性を維持しながら電極と半導体層とのオーミックコンタクト特性が向上し、動作電圧が低く発光効率の優れた半導体発光素子が得られる。さらに、良好なオーミックコンタクトが得られやすいため、ｎ側の電極金属材料の制限が緩和され、電極金属の選択範囲が広がるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態のＬＥＤチップの断面説明図である。
【図２】図１の半導体発光素子の変形例を示すＬＥＤチップの断面説明図である。
【図３】図１の半導体発光素子の他の変形例を示すＬＥＤチップの断面説明図である。
【図４】従来の半導体発光素子のＬＥＤチップの一例の斜視説明図である。
【符号の説明】
１基板
３ｎ形層
３ａｎ形第１層
３ｂｎ⁺形第２層
４活性層
５ｐ形層
８ｐ側電極
９ｎ側電極
１０半導体積層部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device in which a gallium nitride compound semiconductor layer is stacked on a substrate. More specifically, the present invention relates to a semiconductor light emitting device capable of reducing the forward voltage by improving the ohmic contact between the n-side electrode and the n-type layer.
[0002]
[Prior art]
For example, a blue semiconductor light-emitting element is formed on an insulating substrate 21 made of sapphire, for example, n-type GaN, as shown in a schematic diagram of an example of the light-emitting element chip (hereinafter referred to as an LED chip) in FIG. Epitaxially grown n-type layer (cladding layer) 23 and a material whose band gap energy is smaller than that of the cladding layer, for example, an InGaN-based compound (meaning that the ratio of In and Ga can be changed variously, the same applies hereinafter) An active layer 24 made of a semiconductor and a p-type layer (clad layer) 25 made of p-type GaN are stacked. A p-side electrode 28 is provided on the surface so as to be electrically connected to the p-type layer 25 via a diffusion metal layer (not shown). Then, an n-side electrode 29 is provided so as to be electrically connected to the n-type layer 23 exposed by etching a part of the laminated semiconductor layer, thereby forming an LED chip.
[0003]
In this type of semiconductor light emitting device, the n-type layer 23 and the p-type layer 25 sandwiching the active layer 24 are set so that the carrier concentration is optimal in view of the effect of confining carriers in the active layer 24. For example, the n-type layer 23 is formed at a constant carrier concentration of the order of 10 ¹⁸ cm ⁻³ in the n-type layer 23.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional semiconductor light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor, the carrier concentration of the n-type layer is set to the optimum carrier concentration for the light emission characteristics, and is uniform from the bottom to the top of the n-type layer. It is formed at various carrier concentrations. An n-side electrode is provided so as to be connected to a part of the n-type layer exposed by etching. However, the carrier concentration of the n-type layer on which the n-side electrode is provided is preferably as large as possible to obtain an ohmic contact with the electrode, and preferably about 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ or more. For this reason, when an electrode is formed on a semiconductor layer having a carrier concentration limited from the light emission characteristics as described above, a sufficient ohmic contact cannot be obtained, which causes an increase in forward voltage.
[0005]
In a conventional semiconductor light emitting device made of, for example, an AlGaInP-based compound semiconductor, a semiconductor laminated portion is provided on a semiconductor substrate to form a light emitting layer. Therefore, the n-type layer is connected to a semiconductor substrate having a high carrier concentration, and the semiconductor substrate Since the n-type layer is formed in accordance with the optimal carrier concentration for the light emission characteristics, there is no problem. However, since the gallium nitride compound semiconductor is stacked on the sapphire substrate, the n-type layer is formed. There is a problem that electrodes are directly provided on the shape layer, and sufficient ohmic contact cannot be obtained as described above. In addition, in order to improve the ohmic contact even if it is difficult to obtain a good ohmic contact, the electrode material is also limited, and there is a problem that there is little room for selection.
[0006]
The present invention has been made to solve such a problem, and even in a semiconductor light emitting device in which a gallium nitride compound semiconductor is stacked on an insulating substrate, a carrier optimal for light emitting characteristics in a portion in contact with the light emitting layer. Semiconductor light-emitting device capable of improving ohmic contact characteristics between the n-type layer and the n-side electrode, reducing the forward voltage, improving the light emission efficiency, and expanding the choice of electrode material while maintaining the concentration The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a substrate, a semiconductor stacked portion in which a gallium nitride compound semiconductor layer including an n-type layer and a p-type layer is stacked to form a light emitting layer on the substrate, and the semiconductor stacked portion The n-side electrode and the p-side electrode provided in electrical connection with the n-type layer and the p-type layer, respectively, and the substrate is provided on the entire surface of the semiconductor laminate surface side. The semiconductor laminate is formed by laminating a gallium nitride compound semiconductor layer on a sapphire substrate, and then the sapphire substrate is removed, and the n-type layer is The carrier concentration of the portion exposed by removing the sapphire substrate entirely is 1 × 10 ^{19 to} 5 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , and the carrier concentration of the portion in contact with the light emitting layer is 1 × 10 ^{18 to} 3 × 10 ^18. greater than cm ^-3 It is formed on so that, the n-side electrode is provided in a part of a large n-type layer of the carrier concentration of said exposed. With this structure, the ohmic contact between the n-type layer and the n-side electrode can be satisfactorily performed without affecting the light emission characteristics, and the forward voltage can be lowered.
[0008]
Here, the gallium nitride compound semiconductor is a compound in which a group III element Ga and a group V element N or a part of the group III element Ga is substituted with another group III element such as Al or In, and A semiconductor composed of a compound in which a part of N of the group V element is substituted with another group V element such as P or As. The light emitting layer means an active layer in a double heterojunction structure in which an active layer is sandwiched between an n-type layer and a p-type layer, and a light emitting portion in the vicinity of a pn junction in a pn junction structure.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
In the semiconductor light emitting device of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, a semiconductor laminated portion 10 for forming a light emitting layer is formed on the surface of an insulating substrate 1 made of sapphire (Al ₂ O ₃ single crystal). The p-side electrode 8 is electrically connected to the p-type layer 5 on the surface side through a diffusion metal layer (not shown). Further, the n-side electrode 9 is formed so as to be electrically connected to the n-type layer 3 exposed by removing a part of the semiconductor stacked portion 10. In the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the n-type layer 3 includes an n-type first layer 3a that is in contact with the active layer 4 at a carrier concentration suitable for light emission characteristics, and an n ^{+ having} a high carrier concentration suitable for ohmic contact. form a second layer 3b, and the carrier concentration becomes from any n-type third layer 3c, the active layer 4 n ⁺ form larger carrier concentration than the carrier concentration of the first layer 3a n-type in contact with the (light emitting layer) The n-side electrode 9 is provided in the second layer 3b.
[0012]
Such an n-type layer 3 can be formed by adjusting the amount of dopant to be introduced when epitaxially growing the n-type layer 3. That is, for example, when stacking the semiconductor layers by MOCVD, it is possible to increase the carrier concentration if many, for example the flow rate of SiH ₄ dopant gas to be introduced together with the reaction gas to the desired semiconductor layer, the SiH ₄ The carrier concentration can be reduced by reducing the flow rate. Therefore, after the n-type third layer 3c is epitaxially grown on the buffer layer 2 so as to have a carrier concentration of, for example, about 1 × 10 ¹⁷ cm ^{−3 by} about 1 to 2 μm, it is further grown by increasing the flow rate of the dopant gas SiH _4. Then, the n ^{+ -type} second layer 3b having a carrier concentration of about 1 × 10 ^{19 to} 5 × 10 ¹⁹ cm ^{−3 is} grown to about 2 to 3 μm, and further the flow rate of the dopant gas SiH ₄ is reduced to continue the growth. The n-type first layer 3a having a concentration of about 1 × 10 ^{18 to} 3 × 10 ¹⁸ cm ^{−3 is} obtained by growing about 1 to 2 μm.
[0013]
Note that the thickness of the n-type first layer 3a only needs to be provided so as to have a carrier confinement effect, and may be at least about 0.5 μm. In addition, since it is necessary to provide an electrode so that an ohmic contact can be obtained on the surface exposed by etching, the n ^{+ -type} second layer 3b is preferably provided with a thickness of about 2 μm or more. The n-type third layer 3c may have a high or low carrier concentration and may not be doped with a dopant. Therefore, the n-type first layer 3a is in contact with the active layer 4 even if the n-type first layer 3a and the n ^{+ -type} second layer 3b are not provided. ^It suffices if the n-side electrode 9 is provided on the ^{+ -type} second layer 3b.
[0014]
The semiconductor laminated portion 10 is, for example, a low temperature buffer layer 2 made of GaN of about 0.01 to 0.2 μm, and n-type GaN and / or AlGaN-based (a ratio of Al and Ga can be variously changed as a cladding layer) The same applies hereinafter) n-type layer 3 of the above-mentioned structure comprising a compound semiconductor and having at least n-type first layer 3a and n ^{+ -type} second layer 3b, a material whose band gap energy is smaller than that of the cladding layer, For example, the active layer 4 made of an InGaN compound semiconductor is about 0.05 to 0.3 μm, and the p-type AlGaN compound semiconductor layer and / or the p-type layer (cladding layer) 5 made of a GaN layer is 0.2 to 1 μm. To the extent, they are configured by being sequentially laminated on the substrate 1. Note that the AlGaN-based compound semiconductor may be provided on the active layer 4 side of the n-type and p-type cladding layers in order to improve the carrier confinement effect. Therefore, the n-type first layer 3a can be formed of an AlGaN-based compound semiconductor layer, and the n ^{+ -type} second layer can be formed of a GaN layer.
[0015]
For example, a p-side electrode 8 having a laminated structure of Ti and Au is provided so as to be electrically connected to the p-type layer 5 of the semiconductor laminated portion 10 via a diffusion metal layer (not shown). the n ⁺ -type second layer 3b which part is exposed is removed by etching, for example, n-side electrode 9 is provided an alloy layer of Ti and Al, is LED chip formation of the present invention are chips from a wafer Yes.
[0016]
In order to manufacture this semiconductor light emitting device, for example, by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), a reactive gas such as trimethyl gallium (TMG), ammonia (hereinafter referred to as NH ₃ ) and a carrier gas H ₂ and By supplying SiH ₄ or the like as an n-type dopant gas, first, a low-temperature buffer layer 2 made of a GaN layer is formed on an insulating substrate 1 made of sapphire, for example, at a low temperature of about 400 to 600 ° C. N-type third having the same composition and carrier concentration of about 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ with a flow rate of about 0.2 μm and a dopant gas SiH ₄ flow rate of about 0 to 1 × 10 ⁻⁴ vol% with respect to the total gas amount. the layers 3c grow about 2 [mu] m, then the flow rate of 1 × 10 ^-2 is the carrier concentration in the order of vol% 3 [mu] m about the approximately 1 × 10 ¹⁹ cm ^-3 of n ⁺ -type second layer 3b of SiH _4, further The flow rate of SiH ₄ carrier concentration in the order of 1 × 10 ^-3 vol% growth respectively about 2μm to about 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 of n-type first layer 3a. Further, trimethylindium (TMIn) is added as a reaction gas, and an active layer 4 made of an InGaN compound semiconductor is formed to a thickness of about 0.05 to 0.3 μm.
[0017]
Then, a TMIn reaction gas was changed to trimethylaluminum (TMA), by introducing, for example dimethyl zinc (DMZn as a dopant gas, the carrier concentration of the p-type of about ^{^{1 × 10 17 ~1 × 10 18}} cm -3 AlGaN The p-type layer 5 is formed by stopping the system compound semiconductor layer and the TMA and laminating p-type GaN layers by about 0.1 to 0.5 μm.
[0018]
Thereafter, for example, Ni and Au are deposited and sintered to form a diffusion metal layer of about 2 to 100 nm. Next, in order to form the n-side electrode 9, a part of the stacked semiconductor stacked portion 10 is etched by reactive ion etching using chlorine gas or the like so that the n ^{+ -type} second layer 3 b is exposed. Then, a metal film is provided by vacuum deposition or the like, and by sintering, the p-side electrode 8 and the n-side electrode 9 are formed to form a chip. As a result, the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 is obtained.
[0019]
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the n-type layer on the side of the light emitting layer (active layer 4 in the example of FIG. 1) is formed of the n-type first layer having the optimum carrier concentration for the carrier confinement. Since the portion where the electrode is provided is formed by the n ^{+ -type} second layer having a high carrier concentration, the electrode can be provided with a good ohmic contact while having excellent light emission characteristics. Since the p-side electrode is provided via the diffusion metal layer, the carrier concentration of the p-type layer for ohmic contact is not a problem. As a result, a semiconductor light emitting device having a low contact resistance and a low forward voltage _Vf can be obtained, and the light emission efficiency can be improved and the power supply voltage can be lowered.
[0020]
In the above-described example, an alloy layer of Ti and Al is used as the n-side electrode 9, but the carrier concentration in the portion of the n-type layer 3 where the n-side electrode 9 is provided is large and the ohmic contact characteristics are improved. Ti—Au, Ni—Au, Ti—Pt, Au, Pt, and the like can also be used.
[0021]
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of a chip of a semiconductor light emitting device showing a modification of FIG. That is, in this example, the n-side electrode 9 is not removed by etching a part of the semiconductor stacked portion 10 to expose the n-type layer 3, but a part of the substrate 1 is removed by etching and the n ^{+ -type} second layer is removed. 3b is exposed and an n-side electrode 9 is provided on the substrate 1 side. In this case, it is preferable not to have the n-type third layer. However, when the n-type third layer having a low carrier concentration is provided, the n-type third layer is etched when the substrate 1 is etched. ^The contact hole 1a may be provided so that the ^{+ -type} second layer 3b is exposed. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
[0022]
FIG. 3 is a diagram showing still another modified example. In this example, the metal plate 11 made of Al or the like is provided on the p-side electrode 8 side to form a new substrate, and the sapphire substrate when the semiconductor layers are stacked. Is removed by polishing or the like, and an n-side electrode 9 is provided on the n ^{+ -type} second layer 3b exposed by the removal. Also in the semiconductor light emitting device having such a structure, the n-type layer 3 is formed on the active layer 4 side with the n-type first layer 3a having the carrier concentration matched to the light emission characteristics, and the carrier on the side where the n-side electrode 9 is provided. By providing the n ^{+ -type} second layer 3b having a high concentration, the same effect as described above can be obtained. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
[0023]
In each of the above examples, the active layer 4 is sandwiched between the n-type layer 3 and the p-type layer 5 and the active layer 4 is the light emitting layer, but the n-type layer and the p-type layer are directly connected. The same applies to a semiconductor light emitting device having a pn junction structure to be joined. In this case, the light emitting layer is formed at the pn junction, the n-type first layer having a carrier concentration matched to the light emission characteristics is formed on the pn junction portion side, and the portion where the electrode is formed becomes the n ^{+ -type} second layer. Thus, an n-type layer is formed. Moreover, the material of the semiconductor layer laminated | stacked in each above-mentioned example is an example, Comprising: It is not limited to the material.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the ohmic contact characteristic between the electrode and the semiconductor layer is improved while maintaining the light emission characteristic, and a semiconductor light emitting device having a low operating voltage and excellent light emission efficiency can be obtained. Furthermore, since a good ohmic contact can be easily obtained, the limitation of the n-side electrode metal material is relaxed, and the selection range of the electrode metal is widened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an LED chip of an embodiment of a semiconductor light emitting device of the present invention.
2 is an explanatory cross-sectional view of an LED chip showing a modification of the semiconductor light emitting device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of an LED chip showing another modification of the semiconductor light emitting device of FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective explanatory view of an example of an LED chip of a conventional semiconductor light emitting element.
[Explanation of symbols]
1 substrate 3 n-type layer 3a n-type first layer 3b n ^{+ -type} second layer 4 active layer 5 p-type layer 8 p-side electrode 9 n-side electrode 10 semiconductor stacked portion

Claims

基板と、該基板上に発光層を形成すべくｎ形層およびｐ形層を含むチッ化ガリウム系化合物半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部のｎ形層およびｐ形層にそれぞれ電気的に接続して設けられるｎ側電極およびｐ側電極とを有し、前記基板は、前記半導体積層部表面側の全面に設けられる前記ｐ側電極表面に貼り付けられたＡｌ板からなり、前記半導体積層部はサファイア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層して形成された後に前記サファイア基板が除去されたものであり、前記ｎ形層は、前記サファイア基板を全面的に除去して露出する部分のキャリア濃度が１×１０ ¹⁹ 〜５×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 で、前記発光層に接する部分のキャリア濃度１×１０ ¹⁸ 〜３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3より大きくなるように形成され、該露出するキャリア濃度の大きいｎ形層の一部に前記ｎ側電極が設けられてなる半導体発光素子。A substrate, a semiconductor stacked portion in which a gallium nitride compound semiconductor layer including an n-type layer and a p-type layer is formed to form a light emitting layer on the substrate, and an n-type layer and a p-type layer of the semiconductor stacked portion And an n-side electrode and a p-side electrode that are electrically connected to each other, and the substrate is made of an Al plate that is attached to the surface of the p-side electrode that is provided on the entire surface of the semiconductor stacked portion. The semiconductor stack is formed by stacking a gallium nitride compound semiconductor layer on a sapphire substrate, and then the sapphire substrate is removed, and the n-type layer covers the sapphire substrate entirely. The carrier concentration in the portion exposed by removal is 1 × 10 ^{19 to} 5 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , and the carrier concentration in the portion in contact with the light emitting layer is higher than 1 × 10 ^{18 to} 3 × 10 ¹⁸ cm ^−3. Formed and exposed The semiconductor light-emitting device comprising the n-side electrode is provided on a portion of Yaria concentration greater n-type layer of.